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Historia del Led

El primer led comercialmente utilizable fue desarrollado en el año 1962, combinando Galio, Arsénico y Fósforo (GaAsP) con lo cual se consiguió un led rojo con una frecuencia de emisión de unos 650 nm con una intensidad relativamente baja, aproximadamente 10 mcd @20mA, (mcd = milicandela, posteriormente explicaremos las unidades fotométricas y radiométricas utilizadas para determinar la intensidad lumínica de los leds).  El siguiente desarrollo se basó en el uso del Galio en combinación con el Fósforo (GaP) con lo cual se consiguió una frecuencia de emisión del orden de los 700 nm. A pesar de que se conseguía una eficiencia de conversión electrón- fotón o corriente-luz más elevada que con el GaAsP, esta se producía a baja corriente, un incremento en la corriente no generaba un aumento lineal en la luz emitida. Ssumado a esto la frecuencia de emisión estaba muy cerca del infrarrojo, una zona en la cual el ojo no es muy sensible por lo que el led parecía tener bajo brillo a pesar de su superior desempeño de conversión.

La década de los 70

El siguiente desarrollo, ya entrada la década del 70, introdujo nuevos colores al espectro. Distinta proporción de materiales produjo distintos colores. Así se consiguieron los colores verde y rojo utilizando GaP y ámbar, naranja y rojo de 630nm (el cual es muy visible) utilizando GaAsP. También se desarrollaron led infrarrojos, los cuales se hicieron rápidamente populares en los controles remotos de los televisores y otros artefactos del hogar.

La década de los 80

En la década del 80 un nuevo material entró en escena el GaAlAs Galio, Aluminio y Arsénico. Con la introducción de este material el mercado de los led empezó a despegar ya que obtenían mayor rendimiento que los leds desarrollados previamente. Su brillo era aproximadamente 10 veces superior y además se podía utilizar a elevadas corrientes lo que permitía utilizarlas en circuitos multiplexados, con lo que se podía utilizar esos led en display y letreros de mensaje variable.

Sin embargo, este material se caracteriza por tener un par de limitaciones:

  1. Se conseguían solamente frecuencias del orden de los 660nm (rojo)
  2. Se degradaban más rápido en el tiempo que los otros materiales, efecto que se hace más notorio ante elevadas temperaturas y humedades

Hay que hacer notar que la calidad del encapsulado es un factor fundamental en la ecuación temporal. Los primeros desarrollos de resinas epoxi para el encapsulado no poseían una buena impermeabilidad ante la humedad, además de que esos led se fabricaban manualmente, el posicionamiento del sustrato y vertido de la resina era realizado por operarios y no por maquinas automáticas como hoy en día, por lo que la calidad del led era bastante variable y la vida útil mucho menor que la esperada. Hoy en día esos problemas han sido superados y cada vez son más las fábricas que certifican la norma ISO 9000 de calidad sus proceso. Además, últimamente es más común que las resinas posean inhibidores de rayos UVA y UVB, especialmente en aquellos leds destinado al uso en el exterior.

La década de los 90

En los 90 apareció en el mercado el material con más éxito para producir leds hasta la fecha, el AlInGaP Aluminio, Indio, Galio y Fósforo. Las principales virtudes de este tetar compuesto son:

  1. Que se puede conseguir una gama de colores desde el rojo al amarillo cambiando la proporción de los materiales que lo componen
  2. Que su vida útil es sensiblemente mayor a la de sus predecesores: Mientras que los primeros leds tenía una vida promedio efectiva de 40.000 horas los leds de AlInGaP podían más de 100.000 horas aun en ambientes de elevada temperatura y humedad

Es de subrayar que un led es muy difícil que se queme. Puede ocurrir que se cortocircuite o que se abra como un fusible, e incluso que explote si se le hace circular una elevada corriente, pero en condiciones normales de uso un led se degrada, es decir, pierde luminosidad a una tasa del 5 % anual. Cuando el led ha perdido el 50% de su brillo inicial, se dice que ha llegado al fin de su vida útil y eso es lo que queremos decir cuando hablamos de vida de un led. Un rápido cálculo nos da que en un año hay 8760 horas por lo que podemos considerar que un LED de AlInGaP tiene una vida útil de más de 10 años. Uno de factores fundamentales que atentan contra el número de horas de vida últil de un led es la temperatura, tanto la temperatura ambiente como la interna generada en el chip.

Los LED y su construcción

Cuando se fabrica el led, se hace depositando por capas los distintos materiales que componen el led, a modo de vapores. Estos materiales se depositan sobre una base o sustrato que influye en la dispersión de la luz. Los primeros leds de AlInGaP se depositaban sobre sustratos de GaAs el cual absorbe la luz innecesariamente. Un adelanto en este campo fue reemplazar en un segundo paso el sustrato de GaAs por uno de GaP el cual es transparente, ayudando de esta forma a que más luz fuese emitida fuera del encapsulado. Por lo tanto, este nuevo proceso dio origen al TS AlInGaP (Tranparent Substrate) y los AlInGaP originales pasaron a denominarse AS AlInGaP (Absorbent Susbtrate). Más tarde, este mismo proceso se utilizo para los led de GaAlAs dando origen al TS GaAlAs y al As GaAlAs.

En ambos casos la Eficiencia luminosa se incrementaba típicamente en un factor de 2 pudiendo llegar en algunos casos a incrementarse en un factor de 10. Como efecto secundario de reemplazar el As por el TS se notó un pequeño cambio al rojo en la frecuencia de emisión, generalmente menor que los 10nm.

El LED y los colores del Arco iris

A final de los 90 se cerró el circulo sobre los colores del arco iris, cuando gracias a las tareas de investigación del Shuji Nakamura, investigador de Nichia, una pequeña empresa fabricante de leds de origen japonés, llego al desarrollo del led azul. Este led siempre había sido el más difícil de conseguir debido a su elevada energía de funcionamiento y relativamente baja sensibilidad del ojo a esa frecuencia (del orden de los 460 nm).

Hoy en día coexisten varias técnicas diferentes para producir luz azul, una basada en el SiC Silicio – Carbono otra basada en el GaN Galio – Nitrógeno, otra basada en InGaN Indio-Galio-Nitrógeno sobre substrato de Zafiro y otra GaN sobre sustrato SiC. El compuesto GaN, inventado por Nakamura, es actualmente el más utilizado. En otras técnicas como la de ZnSe Zinc, el Selenio ha sido dejadas de lado y, al parecer, el SiC seguirá el mismo camino debido a su bajo rendimiento de conversión y elevada degradación con la temperatura.

Dado que el azul es un color primario, junto con el verde y el rojo, tenemos hoy en día la posibilidad de formar el blanco con la combinación de los tres y toda la gama de colores del espectro, esto permite que, por ejemplo, los display gigantes y carteles de mensajes variables RGB se hagan cada día más habituales en nuestra vida cotidiana. Es también posible lograr otros colores con el mismo material GaN, como por ejemplo el verde azulado o turquesa, de una frecuencia del orden de los 505 nm. Este color es importante ya que es el utilizado para los semáforos y entra dentro de la norma IRAM 2442 Argentina y VTCSH parte 2 americana y otras. Su tono azulado lo hace visible para las personas daltónicas (El daltonismo es una enfermedad congénita que hace a quien lo padece ser parcialmente ciego a determinadas frecuencias de color, generalmente dentro de ellas está la correspondiente al verde puro que tiene una frecuencia del orden de los 525 nm).

Otros colores también son posibles de conseguir como por ejemplo el púrpura, violeta o ultravioleta. Este último es muy importante para la creación de una forma más eficiente de producir luz blanca que la mera combinación de los colores primarios, ya que añadiendo fósforo blanco dentro del encapsulado, este absorbe la radiación ultravioleta y emite frecuencia dentro de todo el espectro visible, logrando luz blanca en un proceso similar al que se produce en el interior de los tubos fluorescentes. A veces el fósforo posee una leve tonalidad amarillenta para contrarrestar el tono azulado de la luz del semiconductor.

Después de tantos materiales y frecuencias de ondas sería bueno resumir todo esto en una forma más clara, es por ello que en la siguiente tabla se detallan los distintos frecuencias de emisión típica de los leds comercialmente disponibles y sus materiales correspondientes. Los datos técnicos fueron obtenidos de distintos fabricantes. Es de notar que la resolución del ojo es del orden de los 3 a 5 nm según el color de que se trate.

Frecuencia

Color

Material

940

Infrarrojo

GaAs

890

Infrarrojo

GaAlAs

700

Rojo profundo

GaP

660

Rojo profundo

GaAlAs

640

Rojo

AlInGaP

630

Rojo

GaAsP/GaP

626

Rojo

AlInGaP

615

Rojo – Naranja

AlInGaP

610

Naranja

GaAsP/GaP

590

Amarillo

GaAsP/GaP

590

Amarillo

AlInGaP

565

Verde

GaP

555

Verde

GaP

525

Verde

InGaN

525

Verde

GaN

505

Verde turquesa

InGaN/Zafiro

498

Verde turquesa

InGaN/Zafiro

480

Azul

SiC

450

Azul

InGaN/Zafiro

430

Azul

GaN

425

Azul

InGaN/Zafiro

370

Ultravioleta

GaN

Materiales y frecuencias de emisión típicas de un LED

Para hacerse una idea aproximada de la relación entre la frecuencia expresada en nanómetros y  su correspondencia con un color determinado es que a continuación se presenta un grafico simplificado del triangulo de Maxwell o Diagrama de Cromaticidad CIE (Fig.1.2). Cada color se puede expresar por sus coordenadas X e Y. Lo colores puros o saturados se encuentran en el exterior del triangulo y a medida que nos acercamos a su centro el color tiende al blanco. El centro de la zona blanca es el blanco puro y suele expresarse por medio de la temperatura de color, en grados Kelvin, de un cuerpo negro. Simplificando podemos decir que un cuerpo negro al calentarse empieza a emitir ondas infrarrojas, al subir la temperatura empieza a tomar un color rojizo, esto es en los 770 nm, al seguir elevándose la temperatura, el color se torna anaranjado, amarillento y finalmente blanco, describiendo una parábola desde el extremo inferior derecho hacia el centro del triangulo. Por lo tanto cada color por donde pasa dicha parabola puede ser representado por una temperatura equivalente. El centro del triangulo (blanco puro) se corresponde con una temperatura de 6500 K. El tono de los leds blanco viene expresado precisamente en grados kelvin. Una temperatura superior significa un color de emisión blanco – azulado.

Conclusión

En resumen, después de todo lo explicado, podemos concluir que:

  • Hoy en día es posible conseguir leds en todo el espectro visible y más allá
  • Con una elevada vida útil, elevado brillo, alta eficiencia lumínica y estándares de calidad de acuerdo a exigentes normas de nivel mundial
  • Su bajo consumo comparado con otras fuentes de luz incluso inferior a las lamparas de bajo consumo y tubos fluorescentes, lo posiciona dentro del grupo de los productos ambientalmente amigables y ecológicos
  • Su precio y disponibilidad en el mercado lo hacen cada vez más asequible al publico en general e indicado para muchas aplicaciones de uso cotidiano en el mundo del siglo XXI.

La fuente de esta entrada es Todopic y ha sido publicada por LEDpassion

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Consultor SEO y experto en Marketing Online, con un gran afán por bloggear de todos los temas que se pongan por medio.

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2 comments

  1. feliz de encontrar el blog ,al que espero fidelizar al maximo y tranformarme en un entusiasta proselitista del tema ,trae consigo multiples beneficion ,personales ,comunitarios ,sociales ,y economicos,este blog hace cierto ese aforismo que dice “SOLO EL CONOCIMIENTO OS HARA LIBRES”
    LEDIANOS A REVOLUCIONAR EL MUNDO ,ABAJO EL CALENTAMIENTO GLOBAL,LUCHEMOS CONTRA EL CAMBIO CLIMATICOS .
    ILUMINATE CON LED.JORLANDO

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